关于电磁屏蔽柜屏蔽效能的测量方法

陈洪峰

铭派科技集团有限公司 山东 青岛 266000

引言

目前，随着电子设备和通信技术的不断发展，电磁辐射对设备和系统的影响变得越来越重要。电磁辐射可能导致设备干扰、信息泄露以及对人员健康的潜在威胁。为了减少这些问题，电磁屏蔽柜被广泛使用，以阻止电磁辐射的泄漏或进入。

电磁屏蔽柜的屏蔽效能是评估其性能的关键因素。测量电磁屏蔽柜的屏蔽效能可以帮助确定其是否符合特定的电磁兼容性（EMC）标准。因此，开发准确的屏蔽效能测量方法对于确保电磁屏蔽柜的性能至关重要。

1 测量原理

电磁屏蔽柜的屏蔽效能是指其阻止电磁辐射传播的能力。测量这种效能的基本原理是比较柜内和柜外的电磁场强度。理想情况下，电磁屏蔽柜内部的电磁场应该远远低于外部。电磁屏蔽柜的屏蔽效能测量原理是电磁兼容性（EMC）领域的核心概念之一。以下是关于测量原理的详细介绍。

1.1 电磁辐射和干扰

电磁辐射是由电流和电荷的移动引起的电磁波传播。在电子设备和通信系统中，这种辐射是不可避免的，因为设备内部的电流和信号变化会行程电磁场。这种辐射可以干扰周围的设备和系统，甚至对人员健康造成潜在威胁。因此，对电磁辐射的控制和管理至关重要。

1.2 屏蔽原理

电磁屏蔽柜的设计原理是为了减少或阻止电磁辐射。通过使用导电材料（通常是金属）构建柜体，形成一个外部电磁场无法轻易穿透的屏蔽壁。在这个过程中，电磁辐射被反射、吸收或散射，从而将其能量转化为其他形式或减弱[1]。

1.3 测量方法

为了评估电磁屏蔽柜的性能，我们使用电磁场测量设备，如电磁场传感器。需要通过传感器分别先后测量电磁屏蔽柜内部和外部的电磁场强度。通过比较这两个测量值，我们可以计算出电磁屏蔽柜的屏蔽效能。

1.4 理想情况下的电磁场

在理想情况下，电磁屏蔽柜内部的电磁场应该远远低于外部电磁场。这对于确保设备的正常运行、数据的安全传输以及电磁兼容性都至关重要。

2 关键参数

2.1 透射损耗

透射损耗是指电磁波在穿越电磁屏蔽柜壁时丧失的能量。它以分贝（dB）为单位，可用于量化电磁屏蔽柜的屏蔽效能。透射损耗是衡量电磁屏蔽柜屏蔽效能的关键参数之一。透射损耗的深入理解对于评估电磁屏蔽柜的性能至关重要，以下是更详细的介绍。

2.1.1 透射损耗的计算。透射损耗是通过比较电磁波进入电磁屏蔽柜前后的电磁场强度来计算的。透射损耗的计算公式如下：透射损耗（dB）=10*log10(电磁场强度进入电磁屏蔽柜前/电磁场强度在电磁屏蔽柜内)这个公式将两个电磁场强度的比值取对数，然后乘以10，以得到以分贝为单位的透射损耗值。

2.1.2 透射损耗的物理意义。透射损耗反映了电磁波在穿越电磁屏蔽柜壁时的衰减程度。如果透射损耗很高，意味着电磁屏蔽柜能够有效地阻止电磁波的进入。相反，如果透射损耗很低，电磁波将更容易穿越电磁屏蔽柜，导致泄漏和干扰问题。

2.1.3 透射损耗与频率的关系。透射损耗通常与电磁波的频率有关。不同频率的电磁波对于电磁屏蔽材料和结构的透射损耗可能不同。因此，通常需要在不同频率下进行透射损耗的测量，以全面了解电磁屏蔽柜的性能。

2.1.4 损耗的实际应用。透射损耗的测量可以帮助评估电磁屏蔽柜的性能，确保其在特定频率范围内能够有效地阻止电磁波的传播。这对于保护敏感设备、维护数据安全以及满足电磁兼容性要求非常重要。

2.2 反射损耗

反射损耗是指电磁波在电磁屏蔽柜表面反射的能量。它同样以分贝为单位，反映了电磁波被柜壁反射的程度，用来评估电磁屏蔽柜的屏蔽性能。以下是更详细的关于反射损耗的介绍：

2.2.1 反射损耗的计算。反射损耗是通过测量电磁波在电磁屏蔽柜表面反射的能量来计算的。反射损耗的计算公式如下：反射损耗（dB）=10*log10(电磁场强度反射/电磁场强度入射)这个公式将反射波和入射波的电磁场强度的比值取对数，然后乘以10，以得到以分贝为单位的反射损耗值。

2.2.2 反射损耗的物理意义。反射损耗反映了电磁波在穿越电磁屏蔽柜表面时所发生的反射程度。如果反射损耗很高，这意味着电磁屏蔽柜的表面能够有效地反射大部分入射电磁波的能量，从而减少了电磁波进入柜内的可能性。相反，如果反射损耗很低，表面将较少地反射电磁波，导致波束穿过表面并可能引起干扰等问题。

2.2.3 反射损耗与表面材料的关系。反射损耗通常与电磁屏蔽柜表面的材料和涂层有关。不同的材料和涂层具有不同的反射特性。优质的屏蔽材料和设计可以提高反射损耗，进一步增强电磁屏蔽柜的性能。

2.2.4 实际应用。反射损耗的测量对于评估电磁屏蔽柜的性能至关重要，特别是在强烈电磁辐射或需要高度保密性的应用中。通过测量反射损耗，可以确保电磁屏蔽柜能够有效地反射电磁波，从而保护敏感设备和数据免受外部干扰。

2.3 最小屏蔽频率

最小屏蔽频率是电磁屏蔽柜性能的一个重要参数，它指的是电磁屏蔽柜开始有效屏蔽电磁辐射的最低频率范围。下面进一步探讨这一参数的相关内容。

2.3.1 屏蔽材料特性。电磁屏蔽材料目前向着薄、轻、宽、高的方向发展，复合材料已逐渐取代单一材料成为电磁屏蔽研究的主要方向。以机械复合材料为基础，研究高导电材料+高导磁2层复合材料与高导电材料+高导电材料+高导磁材料3层复合材料电磁屏蔽效能的差别。研究结果表明，2层复合材料高导电材料一侧增加1层高导电材料对电磁屏蔽性能的提高非常有限[2]。

2.3.2 电磁波频率和波长。电磁波的频率和波长是最小屏蔽频率的决定因素之一。较低频率的电磁波具有较长的波长，因此它们在穿越屏蔽材料时可能需要更好的屏蔽性能才能被有效阻挡。因此，在设计电磁屏蔽柜时，需要考虑所需屏蔽的电磁波频率范围。

2.3.3 测量最小屏蔽频率。为了确定电磁屏蔽柜的最小屏蔽频率，通常需要进行实验室测试。这些测试包括逐渐升高电磁波的频率，然后测量在每个频率下的透射损耗和反射损耗。通过分析数据，可以确定电磁屏蔽柜的最小屏蔽频率。

2.3.4 应用和设计考虑。了解最小屏蔽频率对于电磁屏蔽柜的应用和设计至关重要。在高频率应用中，需要更好的屏蔽性能，因此可能需要选择适用于高频范围的屏蔽材料和设计。

3 实验方法

3.1 透射损耗测量

在一定频率范围内，使用电磁辐射源在电磁屏蔽柜外部辐射，然后在柜内测量电磁场强度。通过比较输入和输出的场强度，可以计算透射损耗。透射损耗测量是评估电磁屏蔽柜性能的一项关键测试。以下是关于透射损耗测量的更详细说明：

3.1.1 测量原理。透射损耗测量的基本原理是通过比较电磁场的强度在电磁屏蔽柜内外的变化来评估屏蔽效能。测试开始时，使用电磁辐射源在一定频率范围内辐射电磁波。这些电磁波被照射到电磁屏蔽柜的外部表面。然后，在电磁屏蔽柜内部，使用电磁场传感器或测量设备来测量电磁场的强度。

3.1.2 计算透射损耗。透射损耗的计算基于电磁场的强度比较。具体而言，透射损耗可以使用以下公式计算：透射损耗（dB）=10*log10(电磁场强度外部/电磁场强度内部)这个公式将电磁场强度的比值取对数，然后乘以10，以得到以分贝为单位的透射损耗值。透射损耗值越高，表示电磁屏蔽柜在特定频率下的屏蔽效能越好。

3.1.3 频率范围。透射损耗测量通常需要在一定的频率范围内进行，因为电磁屏蔽柜的性能在不同频率下可能会有所变化。测试可能覆盖从极低频率到射频范围的不同频率点，以全面评估电磁屏蔽柜的性能。

3.1.4 应用。透射损耗测量对于评估电磁屏蔽柜在特定频率下的性能非常重要。它可以帮助确定电磁屏蔽柜是否能够有效地隔离外部电磁辐射，保护内部设备免受干扰。这对于确保电子设备的正常运行、数据的安全传输以及满足电磁兼容性要求非常关键。

3.2 反射损耗测量

通过将电磁波从不同方向照射到电磁屏蔽柜表面，并在表面上测量反射波的场强度来测量反射损耗。反射损耗测量是电磁屏蔽柜性能评估中的关键测试之一。以下是关于反射损耗测量的更详细说明：

3.2.1 测量原理。反射损耗测量的基本原理是通过将电磁波从不同方向照射到电磁屏蔽柜表面，然后在表面上测量反射波的电磁场强度。在测试过程中，使用电磁辐射源产生电磁波，将其照射到电磁屏蔽柜的表面，然后使用电磁场传感器或测量设备来测量反射波的强度。

3.2.2 计算反射损耗。反射损耗是通过比较反射波和入射波的电磁场强度来计算的。具体而言，反射损耗可以使用以下公式计算：反射损耗（dB）=10*log10（电磁场强度反射/电磁场强度入射）这个公式将反射波和入射波的电磁场强度的比值取对数，然后乘以10，以得到以分贝为单位的反射损耗值。反射损耗值越高，表示电磁屏蔽柜的表面在特定频率下反射能力越好。

3.2.3 不同频率的测试。反射损耗测量通常需要在不同频率下进行，因为电磁波的反射特性会随着频率的变化而变化。测试覆盖的频率范围取决于应用需求，通常包括需要屏蔽的电磁波频率范围。

3.2.4 应用。反射损耗测量对于评估电磁屏蔽柜的性能非常关键，尤其是在需要高度屏蔽性能的应用中，如电子设备的EMC测试（电磁兼容性测试）。通过测量反射损耗，可以确保电磁屏蔽柜的表面能够有效地反射外部电磁辐射，从而保护内部设备免受外部干扰。

3.3 最小屏蔽频率测量

通过改变电磁屏蔽柜内的频率，测量透射损耗和反射损耗，以确定最小屏蔽频率。最小屏蔽频率测量是一项关键的测试，用于确定电磁屏蔽柜的屏蔽性能在不同频率下的临界点。以下是关于最小屏蔽频率测量的更详细说明。

3.3.1 测量原理。最小屏蔽频率测量的基本原理是通过改变电磁屏蔽柜内的电磁波频率，并测量在不同频率下的透射损耗和反射损耗，以确定最小屏蔽频率。

3.3.2 透射损耗和反射损耗的测量。在测试中，需要测量不同频率下电磁波的透射损耗和反射损耗。透射损耗测量涉及测量电磁波穿越电磁屏蔽柜壁时的能量损失，而反射损耗测量涉及测量电磁波在电磁屏蔽柜表面反射的程度。

3.3.3 确定最小屏蔽频率。最小屏蔽频率通常是在透射损耗和反射损耗开始显著变化的频率点确定的。在低于这个频率的范围内，电磁波可能会较容易穿越电磁屏蔽柜，导致电磁辐射泄漏。

3.3.4 应用。最小屏蔽频率测量对于电磁屏蔽柜的设计和应用非常关键。了解最小屏蔽频率有助于确保电磁屏蔽柜能够在所需频率范围内提供可靠的屏蔽性能，从而维护设备和系统的正常运行。

4 结束语

电磁屏蔽柜的屏蔽效能测量是确保电磁兼容性的关键步骤。通过测量透射损耗、反射损耗和最小屏蔽频率等关键参数，可以评估电磁屏蔽柜的性能。这些测量方法可以帮助制造商和用户确保其设备和系统在电磁环境中能够可靠运行。在简单介绍了屏蔽效能的几种计算方法的基础上，研究带孔缝电源机箱的屏蔽效能影响因素。通过与传输线法的对比，采用基于有限元法（FEM）的仿真软件HFSS对孔缝箱体进行建模仿真分析，探究孔缝的相关参数对屏蔽效能的影响规律，并据此对箱体的设计提出改进性建议[3]。